부타네디올 발효

Butanediol fermentation
그림 1: 2,3-부타네디올 발효의 화학구조

2,3-부타네디올 발효는 2,3부타네디올을 최종 산물로 하여 포도당을 혐기성 발효시키는 것이다. 반응의 전반적인 측량법은

2 화농 + NADH --> 2CO2 + 2,3-부탄디올.

부타네디올 발효는 일반적으로 기능성 혐기성 항균성 클레브시엘라, 엔테로박터[1] 등이 대표적이며, 보그스-프로스카우어(VP) 테스트를 사용한다. 사용할 수 있는 다른 대체 균주가 있으며, 자세한 내용은 아래의 대체 박테리아 균주를 참조하십시오.

그림 2: 부타네디올 생산을 위한 발효 과정

2,3부탄데디올의 대사기능은 알려져 있지 않지만, 일부에서는 이들 미생물이 다른 부분 산화 제품보다 억제력이 적고 혼합산만큼 pH를 감소시키지 않는 중성 제품을 생산하는 것이 진화상의 이점이라고 추측하고 있다.

부동액, 식품첨가물, 살균제, 의약품 등 부탄디올이 사용될 수 있는 중요한 산업용 어플리케이션들이 많이 있다. 그것은 또한 환경의 여러 곳에서 자연적으로 생산된다.

혼합산 발효와 비교

2,3 부탄데디올 발효는 혼합산 발효보다 적은 양의 산을 생산하며, 부탄데디올, 에탄올, CO2, H가2 최종 산물이다. 혼합산 발효 시 동일한 양의 CO와2 H가2 생성되는 반면, 부탄에디올 발효는 가스가 혼합산 발효 시처럼 수소 리아제를 형성하여만 생성되는 것이 아니기 때문에2 CO의 2배 이상을 생성한다.

2,3 부타네디올은 용해된 산소 농도가 제한되는 한(즉, 문화는 가용산소보다 더 많은 산소를 소비하려고 한다) 에어로 발효 시 다양한 수준에서 생산된다. 산소 제한의 정도는 생산된 부산물에 대한 2,3 부탄데디올의 비율을 나타낸다.

부타네디올 속성

부탄에디올은 다양한 성질을 가지고 있어 많은 산업적 응용에 기여하고 제조 과정에서 그것이 어떻게 처리되는지에 영향을 준다. 부타네디올은 무취 무색 액체다. 발효된 슬러리를 회수하면서 다운스트림 공정에 영향을 주고 문제를 일으킬 수 있는 180~184℃의 높은 비등점을 가지고 있다. 또 동결점이 낮아 산업용으로도 활용할 수 있다.[3]

산업용 응용 프로그램

2,3부탄데디올은 다양한 산업 응용과 생산 가능한 제품을 가지고 있다. 부탄에디올의 레보 이소머는 영하 60℃의 낮은 동결점을 가지고 있어 부동액으로 작용할 수 있다. 촉매 탈수증을 통해 부탄에디올은 디아세틸을 형성할 수 있다. 디아세틸은 맛을 더하는 데 사용할 수 있는 식품첨가물로 부탄디올 0.1%는 살균성분이 있어 대부분의 병원성 세균을 죽인다. 에스테리페션을 통해 폴리우레탄 전구체가 생성된다. 이것들은 의약품, 화장품, 로션, 연고, 항정신병제 등 다양한 용도에 사용될 수 있다. 부타네디올 자체도 제약업계에서 제약업체로 응용을 하고 있다.[3]

자연발생

2,3 부탄데디올은 환경 여러 곳에서 자연적으로 생산될 수 있다. 몇 군데는 달콤한 옥수수, 메주 곱슬머리, 통곡물과 간곡물, 썩은 홍합, 그리고 과일과 곡물을 발효하는 동안이다.[4]

대체균종

중소세균을 이용하려면 발효 과정이 40℃ 이하로 일어나야 하는데, 이는 낮은 온도로 인해 세균 오염을 일으킬 수 있다. 산업 규모에서, 이것은 특별한 시설을 지어야 하고, 이 추가 단계를 실행하기 위해 더 많은 직원이 필요하며, 공장에서 더 많은 에너지를 소비한다는 것을 의미한다. 신기한 유산소 Geobacillus 변종 XT15가 45~55℃의 온도에서 2,3부탄데디올을 생산하는 것으로 나타났다. 이렇게 높은 온도는 정상적인 환경에 사는 미생물이 45°C 이상에서 번식할 수 없기 때문에 오염의 위험을 피할 것이다. Geobacillus 변종 XT15는 이 높은 온도에서 발효를 작동시킬 수 있는 세포질이다. 제조 공정을 보다 효율적이고 비용 효율적으로 만들기 위해 이러한 대체 변형률을 사용하는 멸균은 필요하지 않을 것이다.[5]

참조

  1. ^ Geckil H, Barak Z, Chipman DM, Erenler SO, Webster DA, Stark BC (October 2004). "Enhanced production of acetoin and butanediol in recombinant Enterobacter aerogenes carrying Vitreoscilla hemoglobin gene". Bioprocess and Biosystems Engineering. 26 (5): 325–30. doi:10.1007/s00449-004-0373-1. PMID 15309606.
  2. ^ Jansen NB, Flickinger MC, Tsao GT (April 1984). "Production of 2,3-butanediol from D-xylose by Klebsiella oxytoca ATCC 8724". Biotechnology and Bioengineering. 26 (4): 362–9. doi:10.1002/bit.260260411. PMID 18553303.
  3. ^ a b Garg SK, Jain A (January 1995). "Fermentative production of 2,3-butanediol: A review". Bioresource Technology. 51 (2–3): 103–109. doi:10.1016/0960-8524(94)00136-o.
  4. ^ PubChem. "2,3-Butanediol". pubchem.ncbi.nlm.nih.gov. Retrieved 2020-05-15.
  5. ^ Xiao Z, Wang X, Huang Y, Huo F, Zhu X, Xi L, Lu JR (December 2012). "Thermophilic fermentation of acetoin and 2,3-butanediol by a novel Geobacillus strain". Biotechnology for Biofuels. 5 (1): 88. doi:10.1186/1754-6834-5-88. PMC 3538569. PMID 23217110.

추가 읽기

  • Madigan M, Martinko J (2006). Brock's Biology of Microorganisms (11th ed.). NJ: Pearson Prentice Hall. pp. 351–355.

외부 링크